一种三角环绕激励式涡流传感器及其线圈绕制方法技术

本发明专利技术提供一种三角环绕激励式涡流传感器及其线圈绕制方法，包括印刷电路板和印刷在印刷电路板上的线圈组；所述线圈组包括：绕制为三角环绕型的激励线圈，所述激励线圈包括导线绕制的至少两圈的同心相似三角形构成的三角环形单元，多圈三角环形单元串联连接；还包括分别绕制在三角形的三条边处的三组检测线圈，所述检测线圈绕制在相邻两圈三角环形单元的两条同向边之间的间隙内。本发明专利技术在仅使用一个传感器的情况下就可以较为方便地、非接触地检测平面应力状态下的各种金属构件中的应力及应变。

【技术实现步骤摘要】
一种三角环绕激励式涡流传感器及其线圈绕制方法
本专利技术属于无损检测
，涉及一种用于检测平面应力状态下的金属结构中三个不同方向的分应力及线应变的三角环绕激励式涡流传感器。
技术介绍
绝大多数机械结构是由金属材料制作而成的，有效检测这些金属结构的应力状态对于了解其服役状态和评估其剩余寿命均具有重要意义。目前用于检测金属结构中应力状态的常用方法有应变片法、X射线法、超声波法和磁测法等。在这些方法中，应变片法需要接触式测量；X射线法设备昂贵，具有辐射危险，仅适用于实验室检测；超声波法需要耦合剂；磁测法仅适用于铁磁性材料的检测。涡流检测方法具有操作简便、成本低廉、不需要耦合剂和可非接触测量等优点，已在检测金属结构的应力方面得到了较多应用。在材料的弹性范围内，金属结构的应变与应力成线性关系，因此，涡流检测方法也可以用于检测金属结构的应变。现有的涡流应力检测研究仅局限于单向应力及应变的检测，缺少能够检测应力及应变方向的涡流传感器，缺少能够在未知主应力方向时检测平面应力状态下的金属结构中应力及应变的涡流传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以检测平面应力状态下的金属结构中应力及应变的涡流传感器及其绕线方法本专利技术采用以下技术方案：一种三角环绕激励式涡流传感器，包括印刷电路板和印刷在印刷电路板上的线圈组；所述线圈组包括：绕制为三角环绕型的激励线圈，所述激励线圈包括导线绕制的至少两圈的同心相似三角形构成的三角环形单元，多圈三角环形单元串联连接；还包括分别绕制在三角形的三条边处的三组检测线圈，所述检测线圈绕制在相邻两圈三角环形单元的两条同向边之间的间隙内。所述相邻两圈三角形的两条同向边之间的间隙内绕制的检测线圈均为非闭合矩形。每组检测线圈至少包括两个独立的检测线圈，相邻两圈三角环形单元的每两条同向的边的间隙内部均绕制两个检测线圈，两个检测线圈分别位于靠近每条同向边的区域，且每个检测线圈的主体布置在相邻两条同向边的间距的二分之一分界线和一条同向边构成的区域内；位于三角环绕型激励线圈同一方向的边处的三角环形单元间隙内的多个检测线圈，且所有同位于激励导线前进方向的左侧或同位于激励导线前进方向右侧的检测线圈可串联连接或者分别连接外部检测设备。激励线圈绕制为等边三角形或者等腰三角形。所述印刷电路板的至少两个板层上均设置位置对应、形状相同的三角形激励线圈，不同板层上的激励线圈串联连接；所述印刷电路板的至少两个板层上均设置位置对应、形状相同的检测线圈，不同板层上的检测线圈串联连接；所述激励线圈和检测线圈处于相同的板层上或者不同的板层上；当位于相同层上时，检测线圈与激励线圈不相交。一种三角环绕激励式涡流传感器的线圈绕制方法，包括激励线圈绕制方法和检测线圈绕制方法；首先设定三角环绕型的激励线圈绕制成的三角形的三条边分别为边a，边b，边c，且边a为底边；设定三角形的底边为x轴，垂直x轴方向为y轴；所述激励线圈的绕线方法包括：S1：以起点S1出发，沿x轴正方向走线距离Da1，绕制边a，逆时针转过角度A后转向边b的方向，走线距离Db1，绕制边b，逆时针转过角度B后转向边c的方向，走线距离Dc1，绕制边c，完成第一层三角环形的绕制；所述角度A为边a和边b之间的夹角，角度B为边b和边c之间的夹角；S2：逆时针转过角度C后，走线距离Dd1，再次转向边a的方向，从当前位置开始，沿x轴正方向走线距离Da2，绕制第二层三角环的边a，逆时针转过角度A后转向边b的方向，走线距离Db2，绕制第二层三角环的边b，逆时针转过角度B后转向边c的方向，走线距离Dc2，绕制第二层三角环的边c，完成第二层三角环形的绕制；所述角度C小于边a和边c之间的夹角；S3：重复S1~S2的动作，直到完成第n层三角环形的绕制后，达到终点S2；其中，第n层三角环形边的走线距离与第n-1层三角环形边的走线距离满足：Da（n-1）>Dan，Db（n-1）>Dbn，Dc（n-1）>Dcn；所述检测线圈的绕线方法为，在三角环绕型激励线圈的一条边上：一条检测线圈从该检测线圈的起点出发，在相邻三角形单元的两条相邻的同向边之间的间隙内绕制靠近第（n-1）个三角形单元线圈一侧的非闭合矩形，绕制完成后，回到该检测线圈的终点；另一条检测线圈从该检测线圈的起点出发，在相邻三角形单元的两条相邻的同向边之间的间隙内绕制靠近第n个三角形单元线圈另一侧的非闭合矩形，绕制完成后，回到该检测线圈的终点。所述检测线圈在绕制时，每一个检测线圈从该检测线圈的起点出发，在该边上的所有需要绕制检测线圈的相邻三角形单元的两条同向边间隙内串联绕制处于三角形单元激励线圈同一侧的非闭合矩形，绕制完成后，回到该检测线圈的终点。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术提供了一种可以在未知主应力方向的情况下检测平面应力状态下的金属结构中三个不同方向的分应力及线应变的涡流传感器，突破了现有涡流传感器只能检测单向应力及应变的缺陷。利用本专利技术所提供的涡流传感器检测出金属结构中三个不同方向的分应力及线应变后，可以按照实验应力分析的方法，进而确定金属结构中的主应力和主应变的大小及其方向。（2）采用该种传感器，在仅使用一个传感器的情况下就可以较为方便地、非接触地检测平面应力状态下的各种金属构件中的应力及应变。而现有的研究中，为检测三个方向的分应力及线应变，则需使用3个以上的涡流传感器，很难保证多个传感器与被测结构之间提离的一致性。因此，本专利技术有利于降低涡流法检测应力应变时的测试系统的复杂性，有利于提高应力应变检测结果的准确性。附图说明图1为本专利技术实施例的结构图一。图2为本专利技术实施例的结构图二。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提供一种用于检测应力及应变的三角环绕激励式涡流传感器，该涡流传感器包括印刷电路板和印刷电路板上的线圈组。印刷电路板可选择平面印刷电路板，也可以选择柔性印刷电路板。线圈组包括激励线圈和检测线圈，在激励线圈中接入交变电流，会在被测结构上感应出涡流。具体来说，线圈组包括：（1）使用导线绕制的三角环绕型的激励线圈，激励线圈可为等腰三角形或者等边三角形，优选等边三角形，激励线圈可布置成由外向内环绕或由内向外环绕的多圈环绕三角型，前一圈的三角形单元即将闭合时以适当方式跳变连接到后一圈的三角形单元，继续按同一绕制方向绕制三角形单元。，即多层三角环形单元串联连接；绕制激励线圈的导线至少包括一根，多根导线的话，需并行绕制。（2）分别绕制在三角形的三条边处的三组检测线圈，检测线圈绕制在相邻两圈三角环形单元的两条同向边之间的间隙内。检测线圈可采用矩形线圈的形式。即在矩形的一条边上，引出两条引线，并分别连接至该路检测信号的两个焊盘。在绕制矩形时，从边上的一点出发开始绕制矩形，到矩形即将闭合时绕制结束。每组检测线圈至少包括两个独立的检测线圈，相邻两圈三角环形单元的每两条同向边的间隙内部均绕制两个检测线圈，两个检测线圈分别位于靠近每条同向边的区域，且每个检测线圈的主体应布置在相邻两条同向边的间距的二分之一分界线和一条同向边构成的区域内；当三角环绕型激励线圈采用多圈三角型单元时，每组检测线圈可以采用将一条走线蜿蜒布置成多个矩形串联的形式，其中串联的每个矩形单元应位于相邻的两圈激励本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三角环绕激励式涡流传感器，其特征在于：包括印刷电路板和印刷在印刷电路板上的线圈组；所述线圈组包括：绕制为三角环绕型的激励线圈，所述激励线圈包括导线绕制的至少两圈的同心相似三角形构成的三角环形单元，多圈三角环形单元串联连接；还包括分别绕制在三角形的三条边处的三组检测线圈，所述检测线圈绕制在相邻两圈三角环形单元的两条同向边之间的间隙内。

【技术特征摘要】
1.一种三角环绕激励式涡流传感器，其特征在于：包括印刷电路板和印刷在印刷电路板上的线圈组；所述线圈组包括：绕制为三角环绕型的激励线圈，所述激励线圈包括导线绕制的至少两圈的同心相似三角形构成的三角环形单元，多圈三角环形单元串联连接；还包括分别绕制在三角形的三条边处的三组检测线圈，所述检测线圈绕制在相邻两圈三角环形单元的两条同向边之间的间隙内。2.根据权利要求1所述的一种三角环绕激励式涡流传感器，其特征在于：所述相邻两圈三角形的两条同向边之间的间隙内绕制的检测线圈均为非闭合矩形。3.根据权利要求1所述的一种三角环绕激励式涡流传感器，其特征在于：每组检测线圈至少包括两个独立的检测线圈，相邻两圈三角环形单元的每两条同向的边的间隙内部均绕制两个检测线圈，两个检测线圈分别位于靠近每条同向边的区域，且每个检测线圈的主体布置在相邻两条同向边的间距的二分之一分界线和一条同向边构成的区域内；位于三角环绕型激励线圈同一方向的边处的三角环形单元间隙内的多个检测线圈，且所有同位于激励导线前进方向的左侧或同位于激励导线前进方向右侧的检测线圈可串联连接或者分别连接外部检测设备。4.根据权利要求1所述的一种三角环绕激励式涡流传感器，其特征在于：激励线圈绕制为等边三角形或者等腰三角形。5.根据权利要求1所述的一种三角环绕激励式涡流传感器，其特征在于：所述印刷电路板的至少两个板层上均设置位置对应、形状相同的三角形激励线圈，不同板层上的激励线圈串联连接；所述印刷电路板的至少两个板层上均设置位置对应、形状相同的检测线圈，不同板层上的检测线圈串联连接；所述激励线圈和检测线圈处于相同的板层上或者不同的板层上；当位于相同层上时，检测线圈与激励线圈不相交。6.一种权利要求1~5任一项所述的三角环绕激励式涡流传感器的线圈绕制方法，其特征在于：包括激励线圈绕制方法和检测线圈绕制方法；首先设定三角环绕型的激励线圈绕制成的三角形的三条边分别为边a，边b，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建伟，周洪，张卫民，黄伟华，刘新萍，
申请(专利权)人：河南农业大学，河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南,41